بروتوكول بيتكوين

بروتوكول البيتكوين هو مجموعة القواعد التي تحكم عمل البيتكوين . وتتمثل مكوناته ومبادئه الرئيسية فيما يلي: شبكة لامركزية من نظير إلى نظير بدون إشراف مركزي؛ تقنية سلسلة الكتل ، وهي سجل عام يسجل جميع معاملات البيتكوين؛ التعدين وإثبات العمل ، وهي عملية إنشاء عملات بيتكوين جديدة والتحقق من المعاملات؛ والأمان التشفيري.

يبث المستخدمون رسائل موقعة تشفيرياً إلى الشبكة باستخدام برنامج محفظة عملة البيتكوين الرقمية . هذه الرسائل عبارة عن معاملات مقترحة، أي تغييرات مطلوبة في سجل المعاملات. تمتلك كل عقدة نسخة من سجل المعاملات بالكامل. إذا انتهكت معاملة ما قواعد بروتوكول البيتكوين، يتم تجاهلها، حيث لا تتم المعاملات إلا عندما تتفق الشبكة بأكملها على وجوب تنفيذها. يتحقق هذا "الإجماع الشبكي الكامل" عندما تتحقق كل عقدة في الشبكة من نتائج عملية إثبات العمل المسماة التعدين . يقوم التعدين بتجميع مجموعات من المعاملات في كتل، وينتج رمز تجزئة يتبع قواعد بروتوكول البيتكوين. يتطلب إنشاء هذا الرمز طاقة كبيرة ، ولكن يمكن لعقدة الشبكة التحقق من صحة التجزئة باستخدام طاقة قليلة جدًا. إذا اقترح أحد المعدنين كتلة للشبكة، وكانت تجزئتها صحيحة، تُضاف الكتلة وتغييرات سجلها إلى سلسلة الكتل، وتنتقل الشبكة إلى المعاملات التي لم تتم معالجتها بعد. في حالة وجود نزاع، تُعتبر أطول سلسلة هي الصحيحة. يتم إنشاء كتلة جديدة كل 10 دقائق في المتوسط.

تتطلب التغييرات في بروتوكول البيتكوين إجماعًا بين المشاركين في الشبكة. وقد ألهم بروتوكول البيتكوين إنشاء العديد من العملات الرقمية الأخرى والتقنيات القائمة على تقنية البلوك تشين، مما يجعله تقنية أساسية في مجال العملات المشفرة .

تقنية البلوك تشين عبارة عن سجل رقمي لامركزي وآمن يسجل المعاملات عبر شبكة من أجهزة الكمبيوتر. وهي تضمن الشفافية وعدم قابلية التغيير ومقاومة التلاعب، مما يجعل التلاعب بالبيانات أمرًا صعبًا. تُعد البلوك تشين التقنية الأساسية للعملات المشفرة مثل البيتكوين، ولها تطبيقات تتجاوز المجال المالي، مثل إدارة سلاسل التوريد والعقود الذكية. ^{[ 1 ]}

المعاملات

لا تتطلب الشبكة بنيةً أساسيةً لتبادل المعاملات. يكفي وجود شبكة لامركزية مؤقتة من المتطوعين. تُبث الرسائل وفقًا لأفضل جهد ممكن ، ويمكن للعُقد مغادرة الشبكة والانضمام إليها مجددًا متى شاءت. عند إعادة الاتصال، تقوم العقدة بتنزيل كتل جديدة من عُقد أخرى والتحقق منها لإكمال نسختها المحلية من سلسلة الكتل. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

يستخدم البيتكوين نظام إثبات العمل أو إثبات المعاملة لتكوين خادم طابع زمني موزع ضمن شبكة نظير إلى نظير . ^{[ 3 ]} يُطلق على هذه العملية غالبًا اسم تعدين البيتكوين . خلال عملية التعدين، تُستخدم عمليًا كامل القدرة الحاسوبية لشبكة البيتكوين لحل مهام التشفير، وهو ما يُعرف بإثبات العمل. يهدف هذا النظام إلى ضمان أن توليد كتل صالحة يتطلب جهدًا معينًا، بحيث يمكن استبعاد أي تعديل لاحق على سلسلة الكتل، كما في سيناريو هجوم 51%. نظرًا لهذه الصعوبة، يُشكّل المعدنون " مجمعات تعدين " للحصول على عوائد رغم متطلبات الطاقة العالية، وتكاليف نشر الأجهزة الباهظة، والتحكم الكامل في هذه الأجهزة. نتيجةً للحظر الصيني على تعدين البيتكوين في عام 2021، تمتلك الولايات المتحدة حاليًا الحصة الأكبر من مجمعات تعدين البيتكوين. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

كان اشتراط إثبات العمل لقبول كتلة جديدة في سلسلة الكتل هو الابتكار الرئيسي لساتوشي ناكاموتو . تتضمن عملية التعدين تحديد كتلة، عند تجزئتها مرتين باستخدام خوارزمية SHA-256 ، ينتج عنها رقم أصغر من مستوى الصعوبة المحدد. وبينما يزداد متوسط ​​العمل المطلوب عكسيًا مع مستوى الصعوبة، يمكن دائمًا التحقق من التجزئة بتنفيذ جولة واحدة من خوارزمية SHA-256 المزدوجة.

في شبكة الطابع الزمني لبيتكوين، يتم إثبات صحة العمل بزيادة قيمة عشوائية (nonce) حتى يتم العثور على قيمة تُعطي تجزئة الكتلة العدد المطلوب من الأصفار البادئة. بمجرد أن تُنتج التجزئة نتيجة صحيحة، لا يمكن تغيير الكتلة دون إعادة العمل. ونظرًا لأن الكتل اللاحقة تُضاف إليها، فإن تغيير الكتلة يتطلب إعادة العمل لكل كتلة لاحقة. في حال وجود اختلاف في الإجماع، قد يحدث انقسام في سلسلة الكتل .

يُمثل إجماع الأغلبية في بيتكوين أطول سلسلة، والتي تطلبت أكبر قدر من الجهد لإنشائها. إذا سيطرت العُقد النزيهة على غالبية قوة الحوسبة، فإن السلسلة النزيهة ستنمو بأسرع ما يمكن وتتفوق على أي سلاسل منافسة. لتعديل كتلة سابقة، سيتعين على المهاجم إعادة تنفيذ آلية إثبات العمل لتلك الكتلة وجميع الكتل التي تليها، ثم تجاوز عمل العُقد النزيهة. تتضاءل احتمالية لحاق المهاجم الأبطأ بالركب بشكل كبير مع إضافة الكتل اللاحقة. ^{[ 3 ]}

لتعويض زيادة سرعة الأجهزة وتفاوت الاهتمام بتشغيل العُقد بمرور الوقت، يتم تعديل صعوبة إيجاد تجزئة صالحة كل أسبوعين تقريبًا. إذا تم إنشاء الكتل بسرعة كبيرة، تزداد الصعوبة ويتطلب الأمر المزيد من التجزئات لإنشاء كتلة وتوليد عملات بيتكوين جديدة. ^{[ 3 ]}

صعوبة ومجموعات التعدين

استخدم مُعدّنو البيتكوين الأوائل وحدات معالجة الرسومات (GPUs) للتعدين ، لأنها كانت أكثر ملاءمة لخوارزمية إثبات العمل من وحدات المعالجة المركزية (CPUs) . ^{[ 6 ]}

قام هواة لاحقاً بتعدين البيتكوين باستخدام رقائق FPGA و ASIC متخصصة . أصبحت الرقائق الموضحة في الصورة قديمة الطراز بسبب ازدياد صعوبة التعدين.

اليوم، تخصص شركات تعدين البيتكوين مرافق لإيواء وتشغيل كميات كبيرة من أجهزة التعدين عالية الأداء. ^{[ 7 ]}

تعدين البيتكوين عملية تنافسية. وقد لوحظ ما يشبه " سباق تسلح " في تقنيات التجزئة المختلفة المستخدمة في تعدين البيتكوين: وحدات المعالجة المركزية الأساسية (CPUs)، ووحدات معالجة الرسومات المتطورة (GPUs)، ومصفوفات البوابات المنطقية القابلة للبرمجة (FPGAs)، والدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASICs)، حيث استُخدمت جميعها، مما أدى إلى تقليل ربحية التقنيات الأقل تخصصًا. تُعد الدوائر المتكاملة الخاصة بالبيتكوين الآن الطريقة الرئيسية لتعدين البيتكوين، وقد تفوقت على سرعة وحدات معالجة الرسومات بما يصل إلى 300 ضعف. يتم تعديل صعوبة عملية التعدين دوريًا وفقًا لقوة التعدين النشطة على الشبكة. ومع ازدياد صعوبة تعدين البيتكوين، شهدت شركات تصنيع أجهزة الكمبيوتر زيادة في مبيعات منتجات الدوائر المتكاملة المتطورة. ^{[ 8 ]}

غالبًا ما تُجمع قوة الحوسبة أو تُدمج لتقليل التباين في دخل المعدنين. يتعين على أجهزة التعدين الفردية الانتظار لفترات طويلة لتأكيد مجموعة من المعاملات واستلام الدفع. في مجمع التعدين، يحصل جميع المعدنين المشاركين على أجر في كل مرة يحل فيها خادم مشارك كتلة. يعتمد هذا الأجر على مقدار العمل الذي ساهم به كل معدن في العثور على تلك الكتلة، ونظام الدفع المستخدم في المجمع. ^{[ 9 ]}

التأثيرات البيئية

وُصِفَ الأثر البيئي للبيتكوين في الدراسات بأنه كبير، لا سيما بسبب استهلاكه للطاقة، وانبعاثاته من غازات الاحتباس الحراري، ونفاياته الإلكترونية . تعدين البيتكوين، وهي العملية التي يتم من خلالها إنشاء عملات البيتكوين وإتمام المعاملات، عمليةٌ تستهلك الطاقة وتُنتج انبعاثات كربونية. [10] ووفقًا لتقرير كامبريدج ديجيتال لصناعة التعدين لعام 2025، أفاد المعدنون الذين شملهم الاستطلاع أن 48% من الكهرباء التي يستخدمونها تأتي من الوقود الأحفوري، و 52 % من مصادر الطاقة ^{المستدامة ، بما} في ذلك الطاقة المتجددة والطاقة النووية. ^{[ 11 ]} علاوة على ذلك، يتم تعدين البيتكوين على أجهزة حاسوب متخصصة تتلف ماديًا مع الاستخدام، مما ينتج عنه نفايات إلكترونية . ^{[ 12 ]} اعتبارًا من عام 2025، أشارت العديد من الدراسات التجريبية إلى وجود ارتباط بين ارتفاع استهلاك الكهرباء لتعدين البيتكوين وتدهور مؤشرات الاستدامة البيئية. ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]} وقد استقطب الأثر البيئي للبيتكوين انتباه الجهات التنظيمية، مما أدى إلى تقديم حوافز أو فرض قيود في مختلف الولايات القضائية . ^{[ 16 ]}

وجدت دراسة أجريت عام 2023 في مجلة ACS Sustainable Chemistry & Engineering فوائد اقتصادية محتملة من استخدام تعدين البيتكوين في منشآت الطاقة المتجددة المخطط لها في الولايات المتحدة. ^{[ 17 ]}

عملات بيتكوين المستخرجة

بحسب العرف، تُعدّ أول معاملة في الكتلة معاملةً خاصة تُنتج عملات بيتكوين جديدة يملكها مُنشئ الكتلة. وهذا يُحفّز العُقد على دعم الشبكة. ^{[ 2 ]} كما يُتيح ذلك طريقةً لإدخال عملات بيتكوين جديدة إلى التداول. ينخفض ​​مكافأة التعدين إلى النصف كل 210,000 كتلة. بدأت المكافأة بـ 50 بيتكوين، ثم انخفضت إلى 25 في أواخر عام 2012، ثم إلى 12.5 في صيف 2016، وإلى 6.25 بيتكوين في عام 2020. أما آخر انخفاض في المكافأة، والذي حدث في 20 أبريل 2024 الساعة 12:09 صباحًا بالتوقيت العالمي المنسق (مع رقم الكتلة 840,000)، فقد خفّض مكافأة الكتلة إلى 3.125 بيتكوين. ^{[ 18 ]} من المتوقع أن يحدث الانخفاض التالي في عام 2028، حيث ستنخفض مكافأة الكتلة إلى 1.625 بيتكوين. ^{[ 19 ]} تمت برمجة عملية التنصيف هذه لتستمر بحد أقصى 64 مرة قبل أن يتوقف إنشاء العملات الجديدة. ^{[ 20 ]}

يستطيع كل مُعدِّن اختيار المعاملات التي تُضمَّن في الكتلة أو تُستثنى منها. ^{[ 21 ]} لا يعني ازدياد عدد المعاملات في الكتلة بالضرورة ازدياد القدرة الحاسوبية المطلوبة لحلّ تلك الكتلة. ^{[ 21 ]}

كما ورد في الورقة البيضاء لناكاموتو، يُمكن التحقق من مدفوعات البيتكوين دون تشغيل عقدة شبكة كاملة (التحقق المُبسط من الدفع، SPV). يحتاج المستخدم فقط إلى نسخة من رؤوس كتل أطول سلسلة، والتي يُمكن الحصول عليها من خلال الاستعلام عن عقد الشبكة حتى يتضح الحصول على أطول سلسلة؛ ثم، يتم الحصول على فرع شجرة ميركل الذي يربط المعاملة بكتلتها. يُثبت ربط المعاملة بمكان في السلسلة أن عقدة شبكة قد قبلتها، وتُعزز الكتل المُضافة بعدها هذا التأكيد. ^{[ 2 ]}

• قوائم بروتوكولات الشبكة